FIZIOLOGIA MEMBRANEI CELULAREORGANIZAREA FUNCIONAL A MEMBRANEI CELULARE

SCHIMBURILE DE SUBSTANE PRIN MEMBRANA CELULAR

FUNCIA MEMBRANEI CELULARE N TRANSFERUL DE INFORMAIE

MEMBRANA CELULARInterfa ntre mediul intra- i extracelularZon de schimb pentru substane, informaiiSediul activitilor complexe legate de transportul transmembranarSuport al activitii enzimaticeSubstratul caracteristicilor individuale de difereniere i antigeniceZon de legtur cu alte celuleConstituie n interior compartimente funcionale cu activiti biochimice specifice

Barier: mecanic, chimic, osmotic, electrochimicPunte de legtur i zon biologic activ: activitate enzimatic, prezint receptori pentru mediatori, hormoni, medicamente, etc

1. ORGANIZAREA FUNCIONAL A MEMBRANEI CELULARESinger i Nicolson (1972) - modelul mozaicului fluid lipoproteicPermeabilitatea selectiv i dinamic asigur meninerea diferenei de concentraie a majoritii substanelor, intra i extracelular 1 i 2 glicoproteine 5 proteine periferice 9 - strat bimolecular lipidic 3 glicolipide 6 proteine integrale 8, 10 - fosfolipide 4 colesterol 7 - citoschelet

1.1. LIPIDELE MEMBRANARE: FOSFOLIPIDE, COLESTEROL I GLICOLIPIDEFOSFOLIPIDELE matricea fosfolipidic

1. Rol structural dou straturi monomoleculare opuse dublu strat lipidic - extremiti hidrofile poriunea periferic a membranei - extremiti hidrofobe poriunea mijlocie a membranei

2. Rol funcional:determin permeabilitatea selectiv a membranei pentru molecule liposolubile i gaze (O2 i CO2)este parial permeabil pt. ap i molecule hidrofobe cu diametru micimpermeabil pentru molecule hidrofile

FOSFOLIPIDELE dublu stratFatty acid tails hydrophobicPhosphate group head hydrophilic

Arranged as a bilayer

FOSFOLIPIDELE :

surs de mesageri intracelulari: IP3 inozitol trifosfat DAG diacilglicerol - fosfolipaza C inozitolfosfolipide din membran (PIP2) - au rol n reglarea contractilitii muchiului neted sau modificarea secreiei celulare

surs de mesageri extracelulari: PROSTAGLANDINE LEUCOTRIENE - fosfolipaza A acid arahidonic calea ciclooxigenazei PG calea lipooxigenazei LT - multiple efecte pe diverse esuturi

EICOSANOIDELE - Lipide biologic activeNumele provine de la acidul 5,8,11.14-eicosa tetraenoic (ac arahidonic), din care deriv majoritatea. Ac. arahidonic i ali ac. grai nesaturai (ac. linoleic, linolenic, eicosa pentaenoic) - nu pot fi sintetizai n organism, preluai din alimente de origine vegetal sau animal.In mitocondrii au loc conversii ntre ac. arahidonic i ceilali ac. grai nesaturai, catalizate de enzime desaturante i elongaze; depozitarea lor se face n m. celular, sub form de fosfolipide (PL).Semnale extra- sau intra- celulare activeaz FLA2 i FLC, care scindeaz PL membranare => ac.arahidonic => diferite ci metabolice => mediatori.

Calea ciclooxigenazelor - enzime responsabile de formarea prostaglandinelor, prostaciclinei, tromboxanilor i a endoperoxizilor intermediari. Calea lipooxigenazelor - enzime care iniial produc hidroperoxizi lipidici, i transform n: - 5-lipooxigenaza (5-LO) sintetizeaz leucotrienele,- 8-LO, 9-LO, 11-LO, 12-LO produce hepoxilinele i trioxilinele, - 15-LO genereaz lipoxinele3. Calea monooxigenazelor dependente de cit. P450, transform ac. arahidonic prin oxidare alilic, w-oxidare i epoxidare4. Oxidarea neenzimatic in situ, respnsabil de formarea izoprostanilor.

COLESTEROLUL - asigur flexibilitate i stabilitatea m. celulare - rol n determinarea gradului de permeabilitate pentru substane hidrosolubile

GLICOLIPIDELE - intr n structura nveliului celular glicocalix - rol n interaciuni celulare

1.2. PROTEINELE MEMBRANARE din masa membranei- raport cu lipidele: 1/50 PROTEINE PERIFERICE externe i interneproteinele externe situate la supraf. ext. a matricei fosfolipidicesunt ancorate slab prin fore electrostaticeau o mare mobilitate lateral, controlat metabolicse pot ataa i detaa temporar, formnd agregate funcionale complexeproteinele interne citoscheletul membranar zone de ancorare a sistemelor contractile celulare Rol funcional: - rol enzimatic - extern acetilcolinesteraza - intern adenilatciclaza

PROTEINELE INTEGRALEstructur asimetricstrbat matricea fosfolipidic ancorate puternic prin legturi hidrofobe i hidrofilemobilitate lateral redusglicozilate la captul extern glicoproteine Rol funcional: - receptori - transport prin membran canale ionice i proteine transportoare - mpreun cu glicolipidele formeaz nveliul celular glicocalix

FUNCIILE GENERALE ALE PROTEINELOR:proteine-enzime (adenilatciclaza, fosfolipaza C)proteine-canal (acvaporinele, canalele ionice)proteine-transportoare (carrier)proteine-receptorproteine reglatoare (proteinele G)proteine de ataare intercelular (integrine) i proteine de comunicare intercelular (conexoni)

2. SCHIMBURILE DE SUBSTANE PRIN MEMBRANA CELULAR2.1 TRANSPORTUL PASIV

2.2 TRANSPORTUL ACTIV

2.1 TRANSPORTUL PASIV PRIN MEMBRANA CELULAR

CARACTERISTICI:spontan, fr consum de energiesub aciunea unor fore fizice n sensul reducerii unor gradiente (de potenial electrochimic, de p. osmotic i de p. hidrostatic)

TRANSPORTUL PASIV - DIFUZIUNEA PRIN MEMBRANA CELULARDIFUZIUNEA SIMPL: a) prin dublul strat lipidic b) prin canale membranare

DIFUZIUNEA FACILITAT

3. OSMOZA

1. DIFUZIUNEA SIMPLa) Transport prin dublul strat lipidic de: - molecule liposolubile (acizi grai, alcool) - molecule de gaz (O2 i CO2) - molecule hidrofobe mici

b) Difuziune prin canale:- c. ionice selectivit. ioni- c. de ap (acvaporine) ap

CANALELE DE DIFUZIUNE pentru ap i pt. subst. hidrosolubile, ce nu pot traversa membrana dect n zonele unde exist canale ce asigur difuziunea n virtutea gradientuluiCanale pt. ap (aquaporine, AQP) proteine formate din dou subuniti de 28 kDa, permit difuziunea apei prin m. celular pe baza gradientului osmotic sau de presiune- AQP1: n enterocite, tubii proximali renali, plexuri coroide, pleura visceral, endoteliul capilar- AQP 2: tubul colector renal, reglat de vasopresin, - AQP 3 zonele osmoreceptoare cerebrale, - AQP 5 n glandele salivare, lacrimale i epiteliul alveolelor pulmonare

Aquaporine1991 | 2003NOBEL P.

Peter AgreJohn HopkinsRoderick MacKinnonRockefellerGHEORGHE BENGA UMF Cluj Napoca

2. DIFUZIUNEA FACILITATtransport pasiv al subst. org. (glucoza, aminoacizi)

protein transportoare (carrier)

vitez de transfer crescut

limitat pn la o valoare maxim (Tmax)

substane biologic active pot influena capacitatea de transport insulina crete difuziunea glucozei de 10-20 ori prin nr. de transportori

FACTORII CARE INFLUENEAZ DIFUZIUNEAGradientul de concentraie (Ce-Ci)

Potenialul electric membranar pt. difuziunea ionilor

Diferena de presiune

Echilibrul de membran Donnanse stabileste cnd de o parte a membranei exist un ion nepermean, ca anionul protein Pr (-) determin repartiia anionilor (-) i cationilor (+) permeani astfel nct s echilibreze suma ionilor din cele dou compartimente;cationii difuzibili vor fi n exces n compartimentul cu proteine iar anionii n cel fr.

3. OSMOZAReprezint micarea net a solventului prin membrane semipermeabile, ca rspuns la diferena de p. osmoticapa este solventul sistemelor biologiceOsmoz = procesul de trecere a apei printr-o membran semipermeabil, dinspre soluia mai diluat spre cea mai concentrat presiunea osmotic (P) depinde de: - nr. de particule dizolvate n unitatea de volum (conc. osmotic a soluiei = C) - temperatura absolut a soluiei (T) P = C R T

OSMOZAdac dou soluii cu osmolariti diferite (A; B) sunt puse n contact printr-o m. semipermeabil (permeabil pt. ap nu i pt. solvii) gradientul de p. osmotic determina transferul apei dinspre soluia cu p. osmotic spre cea cu p. osmotic atingerea strii de echilibru osmotic este asociat cu modificarea volumelor

freshwaterbalancedsaltwaterSupravietuirea celulei depinde de transportul transmembranar al apei

CANALE IONICE MEMBRANAREproteine integrale asigur transportul pasiv i selectiv al ionilor n sensul gradientului electrochimic

STRUCTURA: Subuniti domenii segm. transmembr.Filtru de selectivitateCanalul de trecereUna/dou poriSenzor de voltaj

Intensitatea fluxului ionic: Mrimea fizic: conductana ionic (G)U.M.: Siemens (S)Canalele ionice au G: 10 12 S

Particulariti ale c. ionice:Canalele ionice sunt selectivePermeabilitatea canalului este dependent de cinetica porii (gating)

TIPURI DECANALE IONICE MEMBRANARECANALE IONICE VOLTAJ-DEPENDENTE

CANALE IONICE OPERATE MECANIC

CANALE IONICE OPERATE DE LIGAND

CANALE IONICE VOLTAJ-DEPENDENTEn m. celulelor excitabile: neuroni i fb. muscularedinamica depinde de variaia potenialului transmembranarfluxul de ioni determin modificarea PRc. rapide de Na+, c. de K+, c. lente de Ca2+, c. de Cl-

CANALELE RAPIDE DE Na+neuron, fb. muscular cardiac i scheleticse deschid la valoarea potenialului praginflux de Na depolarizare rapid (de la 55mV pn la +30mV)se nchid repolarizarea membranei

prezint o poart de activare m (1) o poart de inactivare - h (2)porile prezint urmtoarea dinamic: a) repaus (m nchis, h deschis) b) activat (m i h deschise) c) inactivat (m deschis, h nchis)

Canalul de Na continuare:

- n cardiomiocite: PR de 80, - 90 mV, depolarizarea face ca o mic cantitate de Na s ptrund n canal - cand PR atinge pragul detonant ( 60 mV), dup 5 ms laten, canalele se deschid, induc o depolarizare rapid: Faza 0 a PA

Toxine activatoare ale canalului de Na:- aconitina- veratridina- batracotoxina- toxina scorpionului

Blocante ale canalului de Na:- tetodrotoxina- saxitoxina- anestezice locale (procain, lidocaina)- antiaritmice (amiodaron)

CANALELE DE K+n membrana structurilor excitabileo singur poart de activare (n) se deschide tardiv dup stimulareeflux de K+ hiperpolarizareRol: - menin PR - repolarizeaz membrana dup depolarizare - controleaz nivelul excitabilitii celulare (hiperpolarizare hipoexcitabilitate)

Canalele de K :

- n nr. mai mic dect c. de Na- deschiderea activat de Ach, adenozin, factorul hiperpolarizant derivat din endoteliu (EDRHF)- toxine blocante: venin de albine, scorpion- medicamente ce deprim efluxul de K: antidiabetice sulfamidice (tolbutamid), chinidina, verapamilul, diltiazem, curarizante, neuroleptice

CANALELE LENTE DE Ca2+activate n urma depolarizrii membraneiinflux de Ca2+tipuri: L, T, Nroluri:depolarizare excitabilitate cuplarea E / C (L n fibra miocardic i neted)mesager secund: - pt. eliberarea Ca2+ din RS - pt. secreia de hormoni- secreie de neurotransmitori din terminaiile presinapticesensibile la aciunea unor blocante (nifedipin, verapamil) contractilitii fibrei musculare cardiace i netede

Subtipuri n membrana celular:- subtipul L (long lasting): Lm (muscular), Ln (neural), n miocard i n cel. tip pacemaker - subtipul T (transient): n miocardul de lucru i cel de tip pacemaker - subtipul N (neuronal) - subtipul P, n cel Purkinje din cerebel

Canale de calciu intracelulare: - n RE, canale rianodinice,

Efectele influxului de calciu:presoare cardio-vasculare: inotrop +, cronotrop+, VC Blocantele canalelor de calciu:deprim efectul presor, indicate n HTA, CIC.

Toxinele ce blocheaz canalele de calciu:- tai-conotoxin, tai-agatoxin.

CANALELE DE Cl-se deschid n urma depolarizriiinfluxul de Cl- efect repolarizant sau hiperpolarizant (hipoexcitabilitate), cu implicaii n inducerea strii de inhibiie n cardiomiocite au rol n debutul repolarizriise gsesc la - polul apical al cel. acinare pancreatice - cel. epiteliale ductale pancreaticetransportul Cl- activat de AMPc i Ca2+conectate cu R - GABA

CANALE IONICE OPERATE MECANICdinamica depinde de gradul de ntindere a membranei n fb. muscular neted, ntindera membranei (strech) deschiderea c. de Na+ i Ca2+ depolarizare contracie muscularn celulele endotelialen celulele auditive influx cationic depolarizant generator al potenialului de receptor

CotransportulVarietate de difuziune facilitatIntervine n schimburi ionice (Cl/HCO3, Na/H)

CANALELE IONICE OPERATE DE LIGANDdinamica sub aciunea unei subst. biologic active ligand

Tipuri de canale ionice: - operate de liganzi extracelulari

- operate de liganzi intracelulari

- operate de receptori prin proteine G

- canale intercelulare (conexoni)

Canalele ionice operate de LIGANZI EXTRACELULARIcanalul intr n structura unor R ai membranei postsinapticeligandul mediator chimic

CanalReceptor LigandLocalizare Efect postsinapticNa+nicotinicAchSinapse de tip excitator:placa motorie, SNC, SNV perifericInflux de Na+Depolarizare

Cl-GABA-ergicGABASinpse de tip inhibitor: SNCInflux de Cl- HiperpolarizareNa+K+specificAA excitatori (glutamat)Sinapse de tip excitator: SNCInflux de Na+Eflux de K+

Canale ionice operate de LIGANZI INTRACELULARI Ca2+, AMPc- ex: canale de ap- celule epiteliale (epitelii de absorbie)

Canale ionice operate de RECEPTORI PRIN PROTEINE G - deschid canalele prin mecanism: - direct - indirect prin mesageri intracelulari

CANALE INTERCELULARE - CONEXONI se gsesc la nivelul jonciunii permeabile dintre celule gap jonctionfb. musc. cardiace i netede sinapse electrice asigur trecerea excitaiei de la o celul la altapermeabile pentru molecule cu diametru mic: ap, ioni, vitamine, mesageri intracelulari, produi de metabolism celular

***